BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI LÃ VĂN HIỆP ẢNH HƯỞNG CỦA LỖ KHOÉT ĐẾN KHẢ NĂNG CHỊU LỰC CỦA DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP ỨNG LỰC TRƯỚC LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP Hà Nội - 2017 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan nội dung luận văn thực Mọi tham khảo dùng luận văn trích dẫn rõ ràng tên tác giả Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố công trình Tôi hoàn toàn chịu trách nhiệm tính xác thực nguyên luận văn TÁC GIẢ LUẬN VĂN Lã Văn Hiệp LỜI CẢM ƠN Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo PGS.TS.Nguyễn Ngọc Phương, người trực tiếp hướng dẫn luận văn kiến thức kinh nghiệm quý báu Cho phép trân trọng cảm ơn khoa Sau đại học, thầy cô tham gia giảng dạy khóa học, chân thành cảm ơn nhận xét, góp ý thầy cô môn Bê tông cốt thép- Trường Đại học Kiến TRúc Hà Nội, thầy, cô giáo khoa xây dựng dân dụng để luận văn hoàn chỉnh Tôi xin chân thành cảm ơn đến thầy giáo chấm phản biện, thầy cô Hội đồng bảo vệ cho nhận xét quý báu để luận văn hoàn thiện phát triển tương lai Cuối xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè, lãnh đạo đồng nghiệp người động viên, giúp đỡ suốt trình học tập làm luận văn tốt nghiệp Hà Nội, tháng năm 2017 Tác giả luận văn Lã Văn Hiệp PHẦN MỞ ĐẦU TÍNH CấP THIếT CủA Đề TÀI MụC ĐÍCH CủA Đề TÀI ĐốI TƯợNG VÀ PHạM VI NGHIÊN CứU PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CứU CƠ Sở KHOA HọC VÀ Ý NGHĨA THựC TIễN CủA Đề TÀI NộI DUNG CủA LUậN VĂN CHƯƠNG 1:TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU VỀ DẦM BÊ TÔNG ỨNG LỰC TRƯỚC CÓ LỖ KHOÉT 1.1 TổNG QUAN Về KếT CấU BÊ TÔNG ứNG LựC TRƯớC 1.1.1 Khái niệm 1.1.2 Nguyên lý làm việc 1.1.3 Lịch sử đời phát triển bê tông cốt thép ứng lực trước 1.1.4 Phân loại bê tông ứng suất trước 1.1.5 Ưu điểm bê tông ứng lực trước 1.1.6 Sự khác bê tông ứng lực trước bê tông cốt thép thường 1.2 TổNG QUAN NGHIÊN CứU Về DầM BTCT VÀ BÊ TÔNG ứNG LứC TRƯớC CÓ Lỗ KHOÉT 12 1.2.1 Lỗ khoét dầm BTCT bê tông ứng lực trước 12 1.2.2 Ưu nhược điểm lỗ khoét 14 1.2.3 Phân loại lỗ khoét 14 1.2.4 Một số nghiên cứu dầm BTCT bê tông ứng lực trước có lổ khoét 16 1.2.5 Sự làm việc dầm BTCT bê tông ứng lực trước có lỗ khoét 17 1.2.6 Tình hình sử dụng dầm BTCT bê tông ứng lực trước có lỗ khoét nước nước 26 CHƯƠNG 2:CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN VÀ ẢNH HƯỞNG HÌNH DÁNG CỦA LỖ KHOÉT ĐẾN DẦM BÊ TÔNG ỨNG LỰC TRƯỚC 31 2.1 CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN DầM BÊ TÔNG ứNG LựC TRƯớC 31 2.1.1 Phương pháp tính theo ứng suất cho phép 31 2.1.2 Phương pháp C-line 31 2.1.3 Phương pháp cân tải trọng 31 2.1.4 Phương pháp phân tích phần tử hữu hạn 32 2.1.5 Kiểm tra phá hoại cắt biên 35 2.1.6 Kiểm tra phá hoại uốn biên 37 2.1.7 Kiểm tra phá hoại chịu kéo 37 2.1.8 Độ võng dầm ứng lực trước có lỗ mở 38 2.2 SO SÁNH ảNH HƯởNG CủA HÌNH DÁNG Lỗ KHOÉT ĐếN KHả NĂNG CHịU LựC CủA DầM BÊ TÔNG ứNG LựC TRƯớC VÀ DầM BÊ TÔNG THƯờNG 39 2.2.1 Lỗ khoét hình vuông 46 2.2.2 Lỗ khoét hình tròn 48 2.2.3 Lỗ khoét hình chữ nhật 53 CHƯƠNG 3: ẢNH HƯỞNG CỦA KÍCH THƯỚC VÀ VỊ TRÍ LỖ KHOÉT ĐẾN KHẢ NĂNG CHỊU LỰC CỦA DẦM BÊ TÔNG ỨNG LỰC TRƯỚC 56 3.1 3.2 ẢNH HƯởNG KÍCH THƯớC Lỗ KHOÉT 56 ẢNH HƯởNG CủA Vị TRÍ Lỗ KHOÉT ĐếN KHả NĂNG CHịU LựC CủA DầM BÊ TÔNG ứNG LựC TRƯớC 61 2.1.3 Theo phương dọc dầm 61 3.2.2 Theo phương vuông góc với trục dầm 64 3.3 VÍ Dụ TÍNH TOÁN 68 KẾT LUẬN 75 Số hiệu hình ảnh DANH MỤC HÌNH VẼ Số trang Hình 1.1 Hình 1.2 Hình 1.3 Hình 1.4 Hình 1.5 Hình 1.6 Hình 1.7 Hình 1.8 Minh họa đường ống đắt dầm Thi công dầm có lỗ khoét Dầm có lỗ khoét thực tế Các loại hình dáng lỗ khoét Nứt gia cố cốt thép Nứt chưa gia cố cốt thép Nội lực khớp Gia cố cốt thép 12 13 13 15 17 18 19 19 Hình 1.9 Vị trí ứng suất tập trung dầm có lỗ mở 20 Sự phân bố ứng suất lỗ mở dầm (a) Hình 1.10 giai đoạn truyền ứng suất, (b) giai đoạn tải sử dụng, (c) giai đoạn lực tới hạn 21 Sự phân bố ứng suất cắt lỗ mở ;(a) giai đoạn Hình 1.11 truyền ứng suất, (b) giai đoạn tải sử dụng, (c) giai đoạn lực tới hạn 22 Hình 1.12 Vị trí nguy hiểm vết nứt Hình 1.13 Sự phát triển vết nứt 23 24 Hình 1.14 Công trình trung tâm công nghệ cao bưu viễn thông- 18 Hoàng Quốc Việt Hình 1.15 Công trình New Horizion 87 Lĩnh Nam Hình 1.16 Công trình New Horizion 87 Lĩnh Nam 26 27 27 Hình 1.17 Qui định bố trí cốt thép gia cường lỗ mở công trình New Horizion 87 Lĩnh Nam 28 Hình 1.18 Qui định bố trí cốt thép gia cường lỗ mở công trình New Horizion 87 Lĩnh Nam 28 Hình 1.19 Dầm với lỗ khoét hình tròn công trình Malaysia 29 Hình 1.20 Công trình Discovery complex-302 Cầu Giấy,Hà Nội 29 Hình 1.21 Bảng quy định đặt thép gia cố công trình Deawoo Cleve- Văn Phú-Hà Đông-Hà Nội 30 Hình 2.1 Hình 2.2 Sơ đồ hình học phần tử Solid 65 Sơ đồ hình học phần tử Link 40 40 Hình 2.3 Các mô hình cốt thép bê tông cốt thép Tavares đề xuất năm 2001 41 Hình 2.4 Hình 2.5 Hình 2.6 Hình 2.7 Hình 2.8 Hình 2.9 Hình 2.10 Hình 2.11 Hình 2.12 Hình 2.13 Hình 2.14 Hình 2.15 Hình 2.16 Hình 2.17 Hình 2.18 Hình 2.19 Hình 2.20 Hình 3.1 Hình 3.2 Hình 3.3 Hình 3.4 Hình 3.5 Hình 3.6 Hình 3.7 Hình 3.8 Mô hình ansys ứng suất dầm ứng lực trước Chuyển vị dầm Ứng suất dầm Vết nứt hình thành dầm Ứng suất dầm Ứng suất chínhtrong dầm Vết nứt xuất dầm Chuyển vị dầm Mô hình tính toán Vết nứt dầm Chuyển vị dầm Ứng suất dầm Vết nứt dầm Ứng suất dầm Vết nứt dầm Ứng suất dầm Vết nứt dầm Ứng suất dầm Vết nứt dầm Ứng suất dầm Quan hệ ứng suất kích thước lỗ Sơ đồ dầm khảo sát Biểu đồ quan hệ ứng suất Ứng suất vị trí a = 3m 44 45 45 47 47 48 49 49 50 51 51 52 52 53 54 54 55 56 57 57 58 59 61 62 62 Hình 3.9 Vết nứt xuất a= 5.7m Hình 3.10 Sơ đồ dầm khảo sát Hình 3.11 Biểu đồ ứng suất theo phương vuông góc với dầm 63 64 65 Hình 3.12 Ứng suất dầm có hb= 0,2m 65 Hình 3.13 Ứng suất dầm có hb= 0,25m 66 Hình 3.14 Ứng suất dầm có hb= 0,3m 66 Hình 3.15 Ứng suất dầm có hb= 0,35m 67 Hình 3.16 Kích thước tính toán dầm ứng lực trước có lỗ khoét 69 Số hiệu bảng DANH MỤC BẢNG BIỂU Số trang Bảng 3.1 Kết khảo sát dầm ứng lực trước thay đổi kích thước lỗ khoét 59 Bảng 3.2 Kết khảo sát dầm ứng lực trước có lỗ khoét thay đổi vị trí theo phương dọc dầm 51 Bảng 3.3 Kết ứng suất theo phương vuông góc với dầm 64 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tham khảo nước Trần Việt Dũng “ ảnh hưởng lỗ khoét đến khả chịu lực dầm BTCT” Lê Ngọc Lan “ khả chịu lực cắt dầm bê tông cốt thép có lỗ gần gối tựa” Tăng Văn Lâm,’’Bài giảng bê tông ứng lực trước’’ Hoàng Văn Lợi- Đình Bá Trụ, (2003),“Hướng dẫn sử dụng ansys”, Học viện kỹ thuật quân Ngô Đăng Quang,’’Bài giảng bê tông ứng lực trước’’ Nguyễn Mạnh Yên,“Bài giảng phương pháp phần tử hữu hạn” Lê Viết Thành,’’Công nghệ bê tông ứng lực’’ Cổng thông tin điện tử Wiki pedia, ’’ bê tông ứng lực trước’’ Hồ sơ vẽ thiết kế thi công công trình Deawoo- Văn phú- Hà Đông- Hà Nội 10 Hồ sơ vẽ thiết kế thi công công trình Discovery 302 Cầu GiấyHà Nội 11 Hồ sơ vẽ thiết kế thi công công trình New Horizion 87- Lĩnh Nam- Hoàng Mai- Hà Nội 12 Tiêu chuẩn ACI 318-2011 Tài liệu tham khảo nước 13 M.A Mansur-Kiang Hwee Tan, (1999), “Concrete beam with opening- Analysis and design” 14 Anthony J Wolanski, BS (2004), Flexural behaviour of reinforced concrete and prestressed beams with opening 15 Hany Ahmed Aly.Ablada (1993) , ” Static and Dynamic responses of prestressed concrete beams with openings” 16 Hany Ahmed Aly.Ablada , Jond B Kennedy(1995),” Design Against Cracking at Openings in Prestressed Concrete Beams” 1 PHẦN MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Bê tông ứng suất trước ngày sử dụng rộng rãi hầu hết kết cấu nhà cao tầng nay.Với phát triển vượt bậc không ngừng, nhiều máy móc thiết bị sử dụng công trình cao tầng, với đường kỹ thuật (ví dụ: đường điện, đường cáp,thông gió,…) đặt đường ống, ống dẫn Các đường ống, ống dẫn thường đặt dầm gây thẩm mỹ, tăng không gian chết, tăng chi phí xây dựng… Do vậy, giải pháp đưa sử dụng lỗ khoét dầm bê tông dầm bê tông ứng lực trước nhằm tạo không gian thoáng, thẩm mỹ, tiết kiệm chi phí cho công trình Tuy nhiên, việc sử dụng lỗ khoét dầm bê tông cốt thép dầm bê tông ứng lực trước làm ảnh hưởng đến độ cứng, gây nứt, gãy nhiều yếu tố khác Vì vậy, đề tài “ ảnh hưởng lỗ khoét đến khả chịu lực dầm bê tông ứng lực trước” làm rõ vấn đề Mục đích đề tài Nghiên cứu ảnh hưởng lỗ khoét đến khả chịu lực dầm bê tông ứng lực trước từ có nhận xét, kiến nghị công tác thiết kế kết cấu dầm ứng lực trước có lỗ khoét Đối tượng phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: dầm bê tông ứng lực trước có lỗ khoét - Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu vị trí, hình dạng, kích thước lỗ khoét ảnh hưởng đến khả chịu lực dầm bê tông ứng lực trước Phương pháp nghiên cứu Dựa phương pháp tính toán dầm bê tông cốt thép thường bê tông ứng lực trước 2 Nghiên cứu lý thuyết, sử dụng phần mềm phân tích kết cấu ansys để khảo sát tính toán minh họa Cơ sở khoa học ý nghĩa thực tiễn đề tài Cơ sở khoa học : dựa tiêu chuẩn lý thuyết tính toán dầm bê tông cốt thép thường bê tông ứng lực trước Ý nghĩa thực tiễn: tạo sở cho tính toán thiết kế công trình sử dụng bê tông ứng lực trước phổ biến Nội dung luận văn Luận văn nghiên cứu tổng quan ảnh hưởng lỗ khoét đến khả chịu lực dầm bê tông ứng lực trước Chương nghiên cứu tổng quan dầm bê tông thường bê tông ứng lực trước có lỗ khoét Chương nghiên cứu phương pháp tính toán kiểm tra dầm bê tông ứng lực trước có lỗ khoét, ảnh hưởng hình dáng kích thước lỗ khoét đến dầm bê tông ứng lực trước chọn hình dáng phù hợp để phục vụ chương Chương nghiên cứu ảnh hưởng kích thước vị trí lỗ khoét đến khả chịu lực dầm bê tông ứng lực trước, đưa vị trí tối ưu ví dụ tính toán, kiểm tra khả chịu lực vị trí tối ưu THÔNG BÁO Để xem phần văn tài liệu này, vui lòng liên hệ với Trung Tâm Thông tin Thư viện – Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội Địa chỉ: T.13 – Nhà H – Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội Đ/c: Km 10 – Nguyễn Trãi – Thanh Xuân Hà Nội Email: digilib.hau@gmail.com TRUNG TÂM THÔNG TIN THƯ VIỆN 75 KẾT LUẬN Qua kết nghiên cứu lý thuyết đưa ta rút số nhận xét ảnh hưởng lỗ khoét đến khả chịu lực dầm bê tông ứng lực trước sau: Sự xuất lỗ thân dầm làm tăng ứng suất dầm từ giảm khả chịu lực dầm Lỗ làm gián đoạn phân phối ứng suất giảm tiết diện gây tập trung ứng suất tạo tập trung ứng suất gây vết nứt hình thành xung quanh lỗ khoét Khi kích thước lỗ nhỏ làm việc dầm tương tự dầm đặc Khả chịu lực dầm không bị ảnh hưởng nhiều Với loại kích thước khác cho thấy phát triển lỗ khoét theo chiều cao dầm có ảnh hưởng nhiều nguy hiểm so với việc lỗ phát triển theo chiều dọc dầm Các lỗ có diện tích tương đương gây ảnh hưởng lên dầm tương đương bố trí hợp lý Khi kích thước lỗ lớn ảnh hưởng đáng kể đến khả chịu lực tính toán thiết kế dầm Lỗ lớn chia dầm thành thanh: Thanh phía phía Quá trình tính toán tính độc lập cho Về vị trí lỗ trường hợp lỗ khoét nằm theo phương dọc dầm vị trí đặt lỗ hợp lý lỗ cách gối tựa từ 1/4 đến 1/8 nhịp dầm Và theo phương vuông góc với trục dầm lỗ đặt vùng trục trung hòa ảnh hưởng đến dầm bé Khu vực đặt lỗ vị trí có momen lớn ảnh hưởng đến khả chịu lực dầm bất lợi 76 1 ... dụng lỗ khoét dầm bê tông cốt thép dầm bê tông ứng lực trước làm ảnh hưởng đến độ cứng, gây nứt, gãy nhiều yếu tố khác Vì vậy, đề tài “ ảnh hưởng lỗ khoét đến khả chịu lực dầm bê tông ứng lực trước ... CHỊU LỰC CỦA DẦM BÊ TÔNG ỨNG LỰC TRƯỚC 56 3.1 3.2 ẢNH HƯởNG KÍCH THƯớC Lỗ KHOÉT 56 ẢNH HƯởNG CủA Vị TRÍ Lỗ KHOÉT ĐếN KHả NĂNG CHịU LựC CủA DầM BÊ TÔNG ứNG LựC TRƯớC ... phá hoại chịu kéo 37 2.1.8 Độ võng dầm ứng lực trước có lỗ mở 38 2.2 SO SÁNH ảNH HƯởNG CủA HÌNH DÁNG Lỗ KHOÉT ĐếN KHả NĂNG CHịU LựC CủA DầM BÊ TÔNG ứNG LựC TRƯớC VÀ DầM BÊ TÔNG THƯờNG